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物質の三態と状態変化

この節での特訓内容
1.物質の三態
2.物質の状態変化とは
3.融解と凝固
4.気化(蒸発・沸騰)と凝縮
5.昇華
6.潮解・風解
7.溶解

この節では 物質の三態と状態変化を特訓する。
物質の状態変化における熱の出入・圧力との関係・変化現象の名称など覚えなくてはならないことが多い。
しかし日常生活でも氷や水などはよく目にすることであり「水を冷やせば氷になる」など普通に考えれば理解できる事柄だ。なんの問題もない。
では特訓開始。


1.物質の三態とは

固体・液体・気体の3つの状態のことで、温度や圧力によっていずれかの状態になる。

例)氷 → 固体。 水 → 液体。 水蒸気 → 気体。
簡単にイメージできるであろう。

 

2.物質の状態変化とは

物質の三態間の変化を物質の状態変化という。

物質が三態変化する場合は必ず「熱の出入」が発生する。

※熱の出入については固体を基準に考えればよい。

固体は、熱を吸収すればするほど気体に近づいていく
(例)氷が熱を吸収 → 水になる → 水がさらに熱を吸収 → 水蒸気になる。

以下が状態変化と熱の出入りのイメージ。

状態変化と熱の出入り
解説 その物質が熱を吸収するごとに
固体→液体→気体または固体→気体と状態を変化させていく。
(熱を吸収すると どんどん柔らかくなる感じ)。
例1)水 : 固体 → 液体 → 気体。
例2)ドライアイス : 固体 → 気体。

※当然だが、物質が熱を放出すると上記の状態変化の逆になる。

3.融解と凝固

融解  : 物質が固体から液体に変化する現象。


融点  : 融解が起こる(起こっている)温度。


凝固  : 物質が液体から固体に変化する現象。


凝固点 : 凝固が起こる温度。

状態変化イメージ

融解が開始されてから完了するまでその物質の温度は変化しない。
その温度を融点という。 ※融解が起こる温度と覚えてもよい。

融解と逆の現象となり凝固が開始されてから完了するまでの温度を凝固点という。
同じ物質なら融点と凝固点は同じになる。

解説

○融解に必要な熱を融解熱、凝固に必要な熱を凝固熱という。

○同一物質において融解熱と凝固熱は等しい

○物質の状態変化中は温度が一定になり温度変化がない。この状態変化のみに使われる熱のことを「潜熱」(せんねつ)という。



4.気化(蒸発・沸騰)と凝縮

気化:物質が液体から気体に変化する現象。


蒸発:液体の表面から気化が起こる現象。


沸騰:液体の内部からも気化が起こる現象。


沸点:沸騰が起こる(起こっている)温度。


凝縮:物質が固体から液体に変化する現象。(液化ともいう)


凝縮点:凝固が起こる(起こっている)温度。(液化点ともいう)

状態変化イメージ

蒸発は液体の表面だけが気化する現象。

沸騰は液体の内部からも気泡が発生し、激しく気化が起こる現象。
この沸騰する温度を沸点という。
沸騰が開始されてから完了するまで液体の温度は変化しない

気体が液体になる現象。
※ 図は空気中の水蒸気が冷やされ水滴になってグラスの表面に付着する例。

解説

○融解に必要な熱を融解熱、凝固に必要な熱を凝固熱という。

○同一物質において融解熱と凝固熱は等しい

○物質の状態変化中は温度が一定になり温度変化がない。この状態変化のみに使われる熱のことを「潜熱」(せんねつ)という。前述。

沸騰・沸点と圧力の関係

○沸騰の定義:液体の飽和蒸気圧=外圧(大気圧)←この状態が沸騰。

○外圧(大気圧)が高いと沸点(沸騰する温度)は高くなる

○外圧(大気圧)が低いと沸点は低くなる
 ※世界一高い山「エベレスト」では大気圧が非常に低いため水の沸点も約70℃といわれている。



5.昇華

固体が液体の状態を経ないで直接気体になるまたはその逆の現象。

一般には、固体⇔液体⇔気体と物質の状態変化が起こるのだが、ドライアイスや黄リン・ナフタリンなど液体の状態が無い物質も存在する。

以下に物質の三態の図で状態変化を表した。

状態変化


6.潮解・風解

固体が液体を空気中の水分を吸収または空気中に水分を放出したりする現象。

つまり温度変化を伴わない状態変化だ。

状態変化イメージ

固体が空気中の水分を吸収して溶ける現象。
例)食塩など

結晶水を含む固体が空気中に水分を放出して崩れる現象。
例)硝酸炭酸ナトリウムなど。



7.溶解

固体が別の液体に溶けて液体になる現象。

これも潮解・風解と同様に温度変化を伴わない状態変化だ。

状態変化イメージ

水→ 溶媒。(ようばい)
食塩→ 溶質。(ようしつ)
食塩水→ 溶液。(ようえき)

溶解度

○一般に溶質が固体の場合は溶媒の温度が高いと溶解度が大きくなる。

例)アイスコーヒーよりホットコーヒーの方が砂糖がよく溶ける。
○溶質が気体の場合はその逆になるのだ。



教官から一言
この節では基礎物理学の手始めとして物質の三態と状態変化を特訓したが
特に状態変化時の熱の出入については完全に理解することが必要だ。
圧力に関しては沸騰をからめた出題が本命となるであろう。
覚えることが非常に多いがしっかりと内容を整理して本試験に挑むのだ。


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本試験要点チェック ~理解度を確認するのだ~

物質の三態と状態変化について、以下の質問(または空欄)に答えよ。答えは問題文をクリック

物質の三態とは[ ]体・[ ]体・[ ]体の3つの状態のことである。

物質の三態とは固体液体気体の3つの状態のことである

※例:氷・水・水蒸気。

物質が固体から液体に変化する現象を[ ]という。

物質が固体から液体に変化する現象を融解という

※例:氷→水。

物質が液体から気体に変化する現象を[ ]という。

物質が液体から気体に変化する現象を気化という

※例:水→水蒸気。

物質が液体から固体に変化する現象を[ ]という。

物質が液体から固体に変化する現象を凝固という

※例:水→氷。

物質が気体から液体に変化する現象を[ ]という。

物質が気体から液体に変化する現象を凝縮(液化)という

※水蒸気→水(結露)。

物質が固体から液体を経ず気体、または気体から液体を経ず固体に変化する現象を[ ]という。

物質が固体から液体を経ず気体、または気体から液体を経ず固体に変化する現象を昇華という

※例:ドライアイス(固体)を水に浸す→ドライアイスの煙(気体)が出る。

気化が液体の表面だけで起こる現象を[ ]という。

気化が液体の表面だけで起こる現象を蒸発という

※例:晴れて水たまりがなくなる。

気化が液体の内部で激しく起こる現象を[ ]という。

気化が液体の内部で激しく起こる現象を沸騰という

※例:やかんのお湯がぐつぐつ沸く。

物質が状態変化のためのみに使用する熱のことを[ ]という。

物質が状態変化のためのみに使用する熱のことを潜熱(せんねつ)という

外圧(大気圧)が高いと沸点は[ ]くなる。

外圧(大気圧)が高いと沸点は高くなる。

固体が空気中の水分を吸収して溶ける現象を[ ]という。

固体が空気中の水分を吸収して溶ける現象を潮解(ちょうかい)という

固体が空気中に水分を放出して崩れる現象を[ ]という。

固体が空気中に水分を放出して崩れる現象を風解という

氷から水に状態変化をした。このとき氷は熱を[ ]した。

氷は熱を吸収した。

水から水蒸気に状態変化をした。このとき水は熱を[ ]した。

水は熱を吸収した。

水が氷に状態変化をした。このとき水は熱を[ ]した。

水は熱を放出した。